close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11206

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11206
(13) C1
(19)
H 01L 21/02
СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
(21) Номер заявки: a 20070037
(22) 2007.01.17
(43) 2008.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Куликов Иван Семенович;
Каменев Анатолий Яковлевич; Климова Людмила Александровна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) DD 238074 A1, 1986.
WO 90/04664 A1.
US 2006/0254928 A1.
WO 95/25186 A1.
BY 11206 C1 2008.10.30
(57)
Способ электролитно-плазменной обработки полупроводниковых материалов в водном растворе галогенидов аммония и щелочного металла, отличающийся тем, что обработку ведут в течение 6 минут при напряжении 240-360 В и температуре 70-95 °С, а в
качестве галогенидов используют фтористый аммоний, фтористый и хлористый натрий
при следующем их содержании в водном растворе, мас. %:
фтористый аммоний
0,5-2,0
фтористый натрий
0,5-2,0
хлористый натрий
0,5-2,0.
Изобретение относится к электрофизической и электрохимической обработке материалов и может быть использовано для обработки полупроводниковых материалов, в частности монокристаллического кремния для микроэлектроники, электролитно-плазменным методом.
Значительный прогресс в области микроэлектроники достигнут на основе использования тонких, монокристаллических пластин кремния, приготовленных с помощью механохимических методов разделки, шлифовки, полировки и химических методов снятия
искаженного слоя и очистки. Эти методы требуют использования весьма дорогостоящего
прецезионного оборудования, дорогих, дефицитных и часто экологически небезопасных
материалов и реактивов с пониженным ресурсом работоспособности. Поэтому в конечной
стоимости изделий микроэлектроники весьма значительная доля принадлежит процессам
очистки, снятия искаженного механической обработкой поверхностного слоя и полировки
кремния.
Электрополировка позволяет быстро и достаточно простыми средствами получать не
только чистую, выровненную металлическую поверхность, но и достичь высокой светоотражательной способности и поэтому находит широкое применение в различных областях
BY 11206 C1 2008.10.30
народного хозяйства. Однако традиционная электрополировка, как правило, связана с использованием тока низкого напряжения, электролитов на основе двойных и тройных смесей концентрированных кислот и не отличается чистотой процесса, безвредностью и
универсальностью. Впервые осуществил электрополировку кремния американский исследователь Д.Р. Тернер. Процесс полирования осуществлялся в разбавленном растворе фтористо-водородной кислоты. Семью годами позже электрополировку кремния осуществили
в СССР П.В. Щиголев и Э.Б. Сафонова [1]. Авторы указывают на то, что промежуточным
процессом при полировке является образование окисной пленки, тормозящей процесс, которая затем химически растворяется плавиковой кислотой. Для получения полировки скорость образования пленки и скорость ее растворения должны быть равны. Обнаружено,
что растворение кремния и германия возможно лишь при наличии дырочной проводимости. При полировке полупроводников n-типа необходимо дополнительное облучение светом для генерирования носителей тока.
Известен способ электрополировки полупроводниковых пластин, где раствор содержал 2,5-5 мас. % HF, процесс протекал при 20 °С при плотности тока 0,3-0,6 А/см2 [1].
Однако вопроизводимость результатов оставляла желать лучшего. Помимо этого отмечалось образование питинга на поверхности кремния.
Известен способ электрополировки полупроводниковых пластин, где раствор содержал в объемных процентах HF(48 %) - 5 %, CH3COOH(98 %) - 5 %, Н2О - 90 %. Температура полировки 22 °С, плотность тока 0,25-0,35 А/см2, продолжительность полировки до
30 минут [1]. Соотношение поверхностей катода и полируемого изделия 2:1. В этом способе питингообразование на поверхности кремния не отмечено, однако для катода требуется дорогостоящая платина и слишком большая длительность самой обработки.
Известен способ обработки поверхности плоской (полупроводниковой) подложки из
кремния, где обработку ведут, воздействуя потенциалом и дополнительно излучением, в
электролите, содержащем фторид [2]. В этом способе предусмотрено несколько периодов
обработки: анодное окисление, электрохимическое травление и электрическое полирование, требующих регулировку и контроль при наложении различного потенциала, и кроме
того способ требует дополнительно использовать источник излучения, что усложняет
процесс и требует дополнительных затрат.
Известен способ электрохимической обработки изделий, выполненных из электропроводных материалов, где обработку ведут, заряжая изделие положительным потенциалом
200-400 В и погружая его в водный 2-12 % раствор электролита с температурой 40-95 °С
[3]. Подобный способ не обладает универсальностью и не дает желаемого эффекта при
обработке различных электропроводных материалов (металлов, сплавов и полупроводников) без уточнения времени и состава электролита. Для каждого металла, сплава и полупроводникового материала (в зависимости от его химического состава) требуется свое
время обработки и свой индивидуальный состав электролита, который бы обеспечил, с
одной стороны, стабильность тока, а с другой, - химизм процесса очистки, снятия искаженного, наклепанного слоя полупроводника и полировки.
Наиболее близким по технической сущности и экологической безопасности является
способ полировки до зеркального блеска электропроводных деталей в анодной электрической плазме, в котором электролит содержит калийные или аммонийные соли минеральных или карбоновых кислот (в том числе и галогениды) с добавками органических
веществ (аминов, спиртов, растворимых высших полимеров, сахаринов) при напряжении
90-290 В, температуре 290-320 К, времени обработки 5-300 секунд и плотности тока 15210 А/см2 [4]. Способ предполагает обработку однофазных и многофазных сплавов. Однако полировка тонких, хрупких кремниевых пластин по предложенному способу (при указанных температуре, напряжении и электролите) невозможна из-за неустойчивости пароплазменной подушки, возникающей при обработке на поверхности кремния, вследствие
чего имеет место быстрый локальный нагрев пластин до 250-700 °С и их растрескивание.
2
BY 11206 C1 2008.10.30
Использование предложенного состава электролита не обеспечивает процесса полировки
поверхности кремния, вследствие преобладания процесса ее окисления и образования оксидных отложений, нерастворимых в водном растворе. Использование в составе электролита органических добавок не приводит к полировке, а, наоборот, загрязняет поверхность
кремния углеродом в виде отложений сажи. Для преодоления указанных недостатков необходимо проводить процесс обработки кремния при более высоком напряжении (320360 В) и температуре (340-370 К), для стабилизации паро-плазменной подушки использовать хлористый натрий, а химизм процесса обеспечивать двумя веществами, одно из которых (фтористый аммоний) генерирует активный фтор, а другое (фтористый натрий)
удаляет продукты реакции путем перевода их в растворимое состояние (силикат натрия
Na2SiO3 × 9Н2О).
Задачей настоящего изобретения является создание способа электролитно-плазменной
обработки полупроводниковых материалов, который включает снятие искаженного слоя,
очистку и полировку поверхности пластин.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в
обеспечении интенсивного съема поверхностного слоя, искаженного механическим шлифованием, снижении шероховатости поверхности и удалении микроцарапин, а также очистки поверхности и ее полировании.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе электролитноплазменной обработки полупроводниковых материалов в водном растворе галогенидов
аммония и щелочного металла обработку ведут в течение 6 минут при напряжении 240360 В, температуре 70-95 °С, а в качестве галогенидов используют фтористый аммоний,
фтористый и хлористый натрий при следующем их содержании в водном растворе,
мас. %:
фтористый аммоний
0,5-2,0
фтористый натрий
0,5-2,0
хлористый натрий
0,5-2,0.
Предлагаемый способ электролитно-плазменной обработки полупроводниковых материалов, в частности кремния, позволяет получать интенсивный съем материала (до 35 мкм) за достаточно короткое время, гидрофильную поверхность, сглаживание шероховатости и микроцарапин, а также полировку.
В качестве первого примера конкретного осуществления предлагаемого способа проводилась полировка штатных полупроводниковых пластин диаметром 75 мм на лабораторной установке мощностью 10 кВт номинальным напряжением 320 В, при плотности
тока 0,1-0,15 А/см2 и температуре электролита 85 °С в электролите, содержащем 1 %NH4F,
l %NaF, l %NaCl без принудительного охлаждения с использованием титанового токоподводящего устройства и катодом из стали Х18Н10Т в пластмассовой технологической емкости с объемом электролита 3 литра. Исходная поверхность монокристаллических
пластин кремния с одной стороны имела грубо обработанный рельеф поверхности (следы
механической резки), а с другой стороны - тонко шлифованную поверхность с разнонаправленными, мелкими, штрихообразными рисками и умеренным светоотражением. После электролитно-плазменной обработки в три приема, по 2 минуты каждый, на грубо
обработанной поверхности остался сглаженный, блестящий, но неустранимый рельеф. С
другой стороны после 2 минут обработки наблюдался яркий блеск со следами укороченных рисок, после 4 минут обработки - яркий блеск с остатками отдельных наиболее глубоких рисок, после 6 минут обработки - чистая поверхность без следов механической
обработки и яркий зеркальный блеск.
В качестве второго примера конкретного осуществления предлагаемого способа проводилась полировка штатных полупроводниковых пластин диаметром 75 мм номинальным напряжением 360 В, при плотности тока 0,1-0,15 А/см2 и температуре электролита
95 °С, в течение 6 минут в электролите без принудительного охлаждения, содержащем
3
BY 11206 C1 2008.10.30
2 %NH4F, 2 %NaF, 2 %NaCl, причем качество полировки при этом ухудшается. А при повышении концентрации каждого компонента электролита свыше 2 % полировка не только
ухудшается, но даже исчезает, так как начинают преобладать процессы окисления поверхности. При разбавлении такого электролита водой полирующая способность восстанавливается.
В качестве третьего примера конкретного осуществления предлагаемого способа проводилась полировка штатных полупроводниковых пластин диаметром 75 мм номинальным напряжением 240 В, при плотности тока 0,1-0,15 А/см2 и температуре электролита
75 °С, в течение 6 минут в электролите без принудительного охлаждения, содержащем
0,5 %NH4F, 0,5 %NaF, 0,5 %NaCl, причем качество полировки при этом сохраняется высоким, но начинаются некоторые электрические неустойчивости процесса. А при снижении
концентрации компонентов электролита ниже 0,5 % каждого, полирующая способность
электролита также сохраняется, но возникают электрофизические проблемы, а именно
рывки тока, электростимулированные, взрывообразные процессы и т.д., которые затрудняют обработку.
Следует отметить, что выход количества каждого из компонентов раствора за вышеуказанные пределы существенно ухудшает обработку и не позволяет получить качественный результат.
В результате экспериментов установлено, что электролит технологичен, имеет длительный ресурс, легко самоочищается и регенерируется, хорошо совместим со вспомогательными материалами: катодом, элементами токоподвода и основными конструкционными материалами. Предлагаемый способ электролитно-плазменной обработки
полупроводниковых материалов, а именно снятия искаженного слоя, очистки и полировки
пластин, является экологически чистым, не требует использования громоздких систем
подготовки, регенерации и утилизации электролита. Их заменяет лишь принудительная
вентиляция и добавка расходуемого в процессе работы наименее стойкого компонента аммония фтористого. А очистка электролита производится его отстаиванием.
Источники информации:
1. Щиголев П.В., Сафонова Э.Б. Электрополирование кремния // Электрохимия. 1965. - Т.1, вып. 9. - С. 1079.
2. Патент ВОИС 95/25186, МПК С 25F 3/30, 1995.
3. Патент ВОИС 90/04664, МПК С 25F 3/00, 1990.
4. Патент ГДР 238074, МПК С 25F 3/16, 1986 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
86 Кб
Теги
by11206, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа